Дипломная работа: Вплив легування цинком на властивості МОН структур

D_it =C_i [(dB_s /dV)^-1 -1]/q-C_d /q (см/еВ)

Фіксований заряд в окислі Q_f (звичайно додатній) розміщений на відстані ~3 нм від межі розділу Si-SiO₂ . Він не може збільшуватись або зменшуватись. Густина його знаходитьcя в діапазоні від 10¹⁰ до 10¹² см^-2 та залежить від режиму окислення і умов відпалу, а також від орієнтації підкладки. Виникнення Q_f пов'язане безпосередньо з самим процесом окислення.

Рис. 1.2.3. Зміна С-V-кривих під впливом заряджених поверхневих станів.

Рис. 1.2.4. Зсув С-V-кривих вздовж осі напруг, зумовлений

додатнім або від'ємним фіксованим зарядом оксиду:

а) для напівпровідника р-типу;

б) для напівпровідника n-типу.

Припускається, що фіксований заряд Q_f зумовлений або надлишковим (тривалентним) кремнієм, або надлишковим (не зв'язаним із загубленим одним електроном) киснем в приповерхневому шарі SiO₂ . При аналізі електричних характеристик МОН-структур фіксований заряд Q_f можна розглядати як заряджений шар, локалізований на межі розділу Si-SiO₂ .

На рис.1.2.4 приведені високочастотні вольт-фарадні залежності, зсунуті вздовж осі напруг в результаті наявності додатнього або від'ємного фіксованого заряду Q_f на межі розділу. Положення цих кривих характеризує так званий зсув напруги плоских зон, визначеннй по відношенню до С-V -характеристики ідеальної МДН-структури з Q_f =0.

Незалежно від типу провідності підкладки позитивний заряд Q_f зсуває С-V-характеристику в бік від'ємних напруг зміщення, а від'ємний заряд Q_f - в бік додатніх.

Характер впливу фіксованого заряду Q_f на С - V -характеристики можна легко пояснити за допомогою рис. 1.2.5., де умовно показаний "поперечний переріз" МОН-структури з позитивним Q_f при негативній напрузі зміщення.

Для повної електронейтральності структури необхідно, щоб кожний від'ємний заряд на ії металічному електроді компенсувався рівним за величиною та протилежним за знаком зарядом в діелектрику або в напівпровіднику. В ідеальній МДН-структурі Q_f = О, та ця компенсація здійснюється тільки за рахунок заряду іонізованих донорів в збідненому шарі напівпровідника. В реальній МОН-структурі з позитивним Q_f частина зарядів на металічному електроді компенсується фіксованим зарядом окисла, що приводить до відповідного зменшення глибини області збіднення в порівнянні з ідеальною.

МДН-структурою при цій же напрузі зміщення. Оскільки глибина області збіднення зменшується, вся С - V -крива зсувається по відношенню до ідеальної в бік від'ємних напруг при від'ємних Q_f С -V - в протилежному напрямку. Абсолютна величина цього зсуву:

D V_f =Q_f /C_i .

Заряд, захоплений в шарі окислу, Q_0t , приводить до зсуву С-V-характсристик МОН-структур. Цей заряд зумовлений структурними дефектами в шарі окислу. Пастки в окислі, як правило, нейтральні, але можуть заряджатися, захоплюючи електрони та дірки. На рис. 1.2.6 зображена зонна діаграма розподілу заряду, електричного поля та потенціалу в МОН-структурі, що містить як фісований заряд, так і заряд, захоплений в окислі. Зсув напруги, зумовлений зарядом, захопленим в окислі, записується у вигляді:

DV_0t =Q_0t /C_i =1/ C_i [1/dxr_0t (x)dx],

Рис. 1.2.5. Вплив фіксованого заряду окислу на властавості МДН-структур.

Рис. 1.2.6. МДН-структура з фіксованимта захопленим в оксиді зарядами:

а) зонна діаграма;

б) розподіл заряду;

в) електричне поле;

г) потенціал.

Де Q_0t - ефективна поверхнева густина цього заряду, приведена до одиниці площі межі розподілу Si-SiO₂ ; r_0t - істинна об'ємна густина заряду, захопленого в окислі.

Результуючий зсув напруги плоских зон DV_fb , зумовлений всіма компонентами зарфду в окислі:

DV_fb =DV_f +DV_m +DV_0t =Q₀ /C_i ,